本发明提供一种高效率径向线结构高功率微波发生器，包括：阴极杆、电子束发射阴极以及壳体；壳体为非实心的圆环状结构，壳体设有两个中空部分，第一个中空部分从内到外依次包括：前置漂移段、调制腔、中间漂移段、提取腔以及电子束收集极，第二个中空部分为与阴极杆轴向同轴的圆环状结构，其构成同轴波导；调制腔和提取腔均为截面是周期性凹槽结构的圆环结构，两个凹槽之间为叶片，调制腔包括4个凹槽和3个叶片；中间漂移段为圆环结构；调制腔和提取腔的轴向电场不发生变化，工作模式为TM₀₁模，调制腔和提取腔对径向电场进行两次调制，其径向模式为2π/3模。本发明束波转换效率将近41％，实现了高效的束波能量转换。